脂質代謝與乳腺癌曲妥珠單抗耐藥性機制的相關性研究

馮誠天 黃芙蓉 綜述 姜永冬 審校

乳腺癌作為一種異質性疾病,由多個亞型組成。不同亞型具有不同的形態學特點、臨床特征以及預后情況。在這些亞型中,人類表皮生長因子受體2(Human epidermal growth factor receptor 2,HER2)擴增和/或過表達的乳腺癌約占所有乳腺癌的20%。乳腺癌患者中HER2的狀態與疾病進展、不良生存結局和疾病復發風險相關[1]。盡管曲妥珠單抗的出現為患者提供了更好方案的選擇,改善了患者的預后,但是仍然存在許多患者在治療過程中或者規范化治療之后出現腫瘤進展、復發或轉移情況[2]。因此,有關曲妥珠單抗原發性或繼發性耐藥的機制一直是研究的熱點。盡管已經發現HER2基因擴增與HER2核易位、p95HER2過表達、PI3K/Akt/TOR信號通路異常等機制與HER2陽性乳腺癌細胞產生曲妥珠單抗耐藥性相關[3],但脂質代謝參與HER2陽性乳腺癌細胞產生曲妥珠單抗耐藥性的機制尚未闡明。

在所有活細胞中,脂質代謝與調節細胞生長、增殖、分化、存活、凋亡、炎癥、運動和膜穩態的信號網絡有關[4]。處于腫瘤微環境中的腫瘤細胞在腫瘤進展過程中營養的可用性不斷變化,腫瘤細胞通過局部微環境攝取外源性脂質和從頭合成內源性脂質分子這兩種機制獲得脂質和脂蛋白來支持其快速增殖、存活、遷移、侵襲、轉移和產生耐藥性[5-6]。在腫瘤細胞發生耐藥性的過程中,脂質代謝也發揮著重要作用,例如產生脂質分子神經酰胺的癌癥化療藥物會使神經酰胺的積累,也會激活葡糖基神經酰胺合酶,使神經酰胺轉化為葡糖基神經酰胺,從而降低細胞中神經酰胺的水平、刺激腫瘤細胞生長和DNA合成,致使驅動腫瘤細胞發生耐藥性[4]。脂質代謝是腫瘤發生耐藥性的重要原因之一。因此,本文就脂質代謝與HER2靶向治療耐藥性方面進行綜述,闡明HER2陽性乳腺癌細胞內外脂質代謝過程可能介導曲妥珠單抗耐藥性的產生。

1 HER2陽性乳腺癌細胞內脂肪酸合酶介導曲妥珠單抗耐藥

脂質代謝在腫瘤細胞存活、侵襲和轉移中發揮著重要的作用[7]。脂肪酸合酶(Fatty acid synthase,FASN)是腫瘤細胞內源性脂質代謝的關鍵[8],FASN能夠將生物活性多糖進行酵解和將谷氨酰胺回補反應的前體轉化為脂肪酸,在腫瘤細胞中超過90%脂肪酸(Fatty acid,FA)由FASN反應合成[7,9]。有證據表明,在幾乎所有正常組織中FASN的表達和活性都極低,而在許多實體癌和侵襲性癌中,FASN的表達和活性顯著上調[4]。Menendez實驗發現即使在存在大量循環外源性FA的情況下,幾乎所有的腫瘤細胞都表現出以FASN過度表達為特征的“成脂表型”來促進細胞的生存、增殖及侵襲[7]。在HER2陽性乳腺癌中,FASN與HER2關系密切且相互影響。FASN通路在HER2陽性乳腺癌中高度活躍,HER2受體可促進FASN蛋白的轉錄和磷酸化激活[10]。Jung等[10]通過對149例轉移性乳腺癌的組織微陣列與脂質代謝相關蛋白進行分析,發現FASN在HER2型乳腺癌中的表達顯著高于管腔A型和三陰性型乳腺癌(P<0.001)。同時,FASN通過調節HER2啟動子活性反式阻遏物Ets類轉錄因子PEA3來影響HER2的表達[11]。在乳腺癌細胞中,HER2基因促進FASN的激活,增加細胞膜上的脂筏微結構域,從而建立了異常細胞信號傳導的惡性循環[12]。越來越多的研究表明,FASN通路誘導HER2陽性乳腺癌細胞產生靶向治療的耐藥性。FASN催化生成的內源性FA能夠促進細胞膜脂筏上的HER2翻譯復合物的形成,增加HER2與信號翻譯相關蛋白相互作用,將HER2狀態從“關閉”轉變為“打開”,促進HER2受體的裂解,釋放HER2受體胞外段(HER2 ECD),而HER2 ECD片段可激活PI3K/Akt/mTOR和MAPK/ERK1/2信號通路,減弱曲妥珠單抗效應導致曲妥珠單抗耐藥[13]。Alejandro等[11]在曲妥珠單抗敏感的SKBR3對照細胞和曲妥珠單抗(高劑量耐受)的SKBR3/Tzb100細胞中分別添加不同濃度的FASN抑制劑C75后,發現細胞以劑量依賴性方式受到生長抑制,同時通過RT-PCR分析顯示,曲妥珠單抗耐藥SKBR3/Tzb100細胞表現出的HER2 mRNA水平約是曲妥珠單抗敏感的SKBR3親本細胞的2倍,分析研究結果發現FASN促進了HER2的表達,而當阻斷FASN活性時,可使曲妥珠單抗耐藥細胞恢復對曲妥珠單抗的敏感性。因此,FASN驅動的細胞信號通路參與HER2陽性乳腺癌細胞的形成,同時也促進了曲妥珠單抗耐藥的發生。

2 脂肪組織釋放炎癥因子促進曲妥珠單抗耐藥

2.1 白細胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)

IL-6是一種多活性細胞因子,在細胞增殖、免疫監測、急性炎癥和代謝等多種生理過程中發揮重要作用[14]。在穩態條件下,IL-6在免疫反應、炎癥、造血和骨穩態中發揮基本作用。然而,IL-6的失調促進了多種炎癥和免疫介導疾病以及癌癥的發生。有研究指出脂肪組織能通過分泌IL-6等炎癥因子改變腫瘤細胞的微環境來影響HER2陽性乳腺癌細胞的靶向治療敏感性[15-16]。在HER2陽性乳腺癌中,IL-6的自分泌和JAK2的激活介導了STAT3的激活[17]。IL-6/JAK/STAT3通路的激活誘導了HER2陽性乳腺癌細胞產生曲妥珠單抗的耐藥性[18]。IL-6首先與細胞表面的IL-6受體(IL-6Ra)結合,繼而與糖蛋白130(gp130)受體結合,形成三聚體受體復合物(IL-6/IL-6Ra/gp130),然后第一個三聚體復合物中的IL-6與第二個三聚體復合物gp130的D1結構域結合,形成信號轉導的六聚體受體復合物,IL-6/IL-6Ra/gp130六聚體復合物的形成將JAK家族的非受體酪氨酸激酶(JAK1,JAK2和TYK2)召集到細胞膜上,這些酪氨酸激酶與gp130細胞質尾部的5個酪氨酸殘基(Y759,Y767,Y814,Y905和Y915)結合并磷酸化。STAT1和STAT3轉錄因子通過磷酸化的gp130分別在Y701和Y705位點被JAKs磷酸化[19],激活了IL-6/JAK/STAT3通路。IL-6介導的曲妥珠單抗耐藥不僅能通過激活JAK/STAT3通路產生,還能通過癌癥干細胞(CSCs)數量的增加而產生。Korkaya等[20]通過降低HER2過表達乳腺癌細胞系中PTEN的表達而產生曲妥珠單抗耐藥細胞,并證明這些細胞中曲妥珠單抗耐藥的發生是通過激活IL-6炎癥反饋環導致CSCs數量的增加而介導的。Mao等[14]通過熒光素酶報告基因實驗分析經IL6處理后的BT474和SKBR3細胞,發現IL-6確實降低了兩種細胞系中PTEN啟動子的轉錄活性。因此,IL-6通過影響PTEN的轉錄活性和增加CSCs的數量,從而導致了HER2陽性乳腺癌細胞產生曲妥珠單抗的耐藥性。在HER2陽性乳腺癌細胞中,IL-6炎癥反饋回路的誘導導致CSCs的擴增,進而分泌高水平的IL-6[21]。這種IL-6參與的正反饋機制進一步介導了曲妥珠單抗耐藥性的產生。

2.2 腫瘤壞死因子α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)

TNF-α是一種促炎細胞因子,在多種癌癥中表達增加并發揮著顯著的作用。在正常乳腺中,TNF-α誘導乳腺細胞的增殖、形態發生分支和分化[22]。在乳腺癌中,TNF-α與腫瘤細胞增殖和凋亡、進展和轉移以及化療耐藥有密切的關系[23]。在浸潤性乳腺導管癌中,TNF-α的表達增加與腫瘤分級呈正比[24]。當TNF-α與其受體TNFαRI結合時,發出信號使受體的三聚化和募集銜接蛋白及TNFαR相關因子,然后激活IKK和反激活NF-kB,促進乳腺癌腫瘤細胞的發生、進展和轉移[23]。在HER2陽性乳腺癌中,TNF-α是曲妥珠單抗耐藥性的重要參與者,TNF-α的過表達使曲妥珠單抗敏感HER2陽性乳腺癌細胞轉變為耐藥細胞,同時發現在曲妥珠單抗耐藥的乳腺癌細胞株中有比敏感細胞株更高的TNF-α水平[22]。Mercogliano等[25]研究發現在體外用TNF-α刺激HER2陽性乳腺癌細胞可誘導HER2反式激活,進而激活NF-kB并誘導曲妥珠單抗耐藥細胞系的增殖。TNF-α通過TNFα-NFkB-MUC4軸在曲妥珠單抗耐藥性中發揮中心作用。MUC4的表達介導了TNF-α誘導的曲妥珠單抗耐藥,TNF-α誘導MUC4表達水平升高,MUC4掩蓋了HER2上曲妥珠單抗結合的表位,從而阻礙曲妥珠單抗的抗增殖作用和ADCC作用[22]。因此,TNF-α通過誘導MUC4表達使HER2陽性乳腺癌細胞發生曲妥珠單抗耐藥,同時也促進曲妥珠單抗耐藥細胞的增殖,從而使HER2陽性產生曲妥珠單抗耐藥。

3 脂肪細胞的轉分化干擾曲妥珠單抗耐藥

在局部腫瘤細胞的侵襲下,脂肪轉化因子過氧化物酶體增殖物激活受體-γ(PPARγ)等調節因子刺激脂肪細胞發生“去極化”,最終形成腫瘤相關成纖維細胞(CAFs)[26-27]。Okumura等[28]通過體內和體外實驗研究了脂肪組織來源的基質細胞(ASCs)在促腫瘤進展中的作用,發現乳腺癌腫瘤細胞分泌細胞因子將ASCs轉化為CAFs樣表型。CAFs是乳腺癌腫瘤ASCs的主要組成部分,通過分泌細胞因子和激活多種信號通路,來促進乳腺癌的發生發展和耐藥形成[14,29]。Luque等[30]測量了在TPD治療條件下,CAFs分泌到HER2陽性乳腺癌上生成的條件培養基(CM)中的效果,發現當細胞暴露于CM[CAF-200/TPD]時,抗HER2治療的敏感性顯著降低,說明CAF-200可以通過分泌可溶性因子誘導細胞產生HER2治療的耐藥性。CAF可以通過分泌IL6等細胞因子、擴大腫瘤干細胞群和激活PI3K/Akt/mTOR、JAK/STAT3、NF-kB和ERK信號通路來誘導HER2陽性乳腺癌細胞產生曲妥珠單抗耐藥性[14,31]。此外,CAF產生并分泌高水平的FGF5,誘導周圍HER2陽性乳腺癌細胞中的FGFR2激活,FGFR2通過c-Src反式激活HER2,導致對HER2靶向治療的耐藥性[2]。Fernández-Nogueira等[2]發現在體內,將非耐藥細胞系與CAFs聯合接種后可產生更具侵襲性和耐藥性的腫瘤,耐藥細胞激活成纖維細胞并分泌FGFR配體,形成一個正反饋環,增強HER2陽性細胞的曲妥珠單抗耐藥?？傊?脂肪細胞在腫瘤的微環境中轉分化形成CAFs,通過重塑細胞外基質或分泌對腫瘤細胞行為產生旁分泌作用的細胞因子,誘導HER2陽性乳腺癌細胞產生曲妥珠單抗耐藥性。

4 小結與展望

脂質代謝為人體正常細胞提供了能量、細胞因子和生長因子等促進細胞的生長、增殖,同時脂質代謝也可以促進腫瘤細胞的存活、增殖、侵襲和耐藥。HER2陽性乳腺癌細胞在細胞內從頭合成脂質分子的同時,上調了FASN的表達,介導了HER2陽性乳腺癌細胞的曲妥珠單抗耐藥性。HER2陽性乳腺癌細胞外的脂肪組織在為HER2陽性細胞提供細胞外源性脂質的同時,通過分泌炎性因子和脂肪細胞的轉分化,為HER2陽性乳腺癌細胞創造了有利于產生曲妥珠單抗耐藥性的微環境。脂質代謝與HER2陽性乳腺癌細胞曲妥珠單抗耐藥性的產生有著密切的關系。目前,已證實脂質代謝在HER2陽性乳腺癌的侵襲轉移及耐藥中發揮重要作用,其調控機制值得更加深入的探索,以闡明脂質代謝在HER2陽性乳腺癌產生曲妥珠單抗耐藥性機制中發揮的具體作用,發掘抑制腫瘤耐藥的具體措施,為HER2陽性乳腺癌的治療提供新的靶點和途徑。